張同剛，曲云卿，劉雨楊，王　旭，劉敦華

（寧夏大學農學院，寧夏銀川750021）

寧夏清真手抓羊肉特征指紋圖譜的構建

張同剛，曲云卿，劉雨楊，王旭，劉敦華*

（寧夏大學農學院，寧夏銀川750021）

采用氣-質聯(lián)用技術（GC-MS）建立手抓羊肉風味特征指紋圖譜，為手抓羊肉品質評定、原料判斷提供一種新方法。以不同年齡小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉為研究對象，選取色譜圖中的特征峰，構建不同年齡小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉風味特征指紋圖譜；通過夾角余弦法計算樣品與指紋圖譜相似度，并對其聚類分析。結果表明，手抓羊肉香味指紋圖譜穩(wěn)定性好，相似度高，具有較強的特征性和唯一性。該圖譜能綜合、準確地反映手抓羊肉的風味情況，為評價手抓羊肉品質評價提供一種新的思路方法。

手抓羊肉，氣相色譜-質譜，指紋圖譜，聚類分析

清真手抓羊肉是最具寧夏特色的著名小吃之一，具有鮮、香、嫩3個特色，有100多年的歷史。過去因民間多在沿街攤點出售，顧客常以手抓食之，故得名［1］。羊肉具有很高的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟效益［2］，且不存在宗教和文化的禁忌，已經(jīng)被越來越多的人所接受和喜愛［3］。

當前，評價羊肉產品品質的方法主要有傳統(tǒng)的感官評定和基于現(xiàn)代分析技術的品質指標分析法［4］。前者受主觀因素影響較大；后者得出結果時間長且步驟繁瑣，也不能準確全面地反映出手抓羊肉真實的品質。指紋圖譜技術是通過對圖譜分析，提取能反映其整體特性的特征圖譜，具有“整體性”、“特征性”［5］等特點，很大程度上彌補人工感官評價和品質指標分析法的不足。其在國內外得到較廣泛的研究與應用，如植物有效成分分析等方面［6-8］。羊肉及其產品中發(fā)現(xiàn)的揮發(fā)性成分有300余種，包括羧酸類、醛類、酯類、醇類和雜環(huán)化合物等，如2-戊基呋喃、5-硫甲基糠醛、2-甲基-環(huán)戊酮、壬醇、乙酸乙酯、辛醛等。它們的含量很低，但閾值也較低，對羊肉及其產品特征風味的形成起到了決定作用［9］。

本研究采用SPME-GC-MS技術對手抓羊肉樣品進行分析，結合Kovats值（KI）和相關文獻，確定其主體香氣成分，并采用系統(tǒng)聚類和相似度分析法構建手抓羊肉香氣指紋圖譜。使之與傳統(tǒng)感官評價相結合，應用于產品質量及穩(wěn)定性的評測。為今后寧夏手抓羊肉產品的開發(fā)、生產工藝的控制、風味物質的研究和品質評價等方面提供科學依據(jù)。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

食鹽、大蔥、生姜、大料等寧夏回族自治區(qū)銀川市新百超市寧陽店；1～6號為6月齡小尾寒羊前腿肉（已排酸），7～12號為1歲小尾寒羊前腿肉（已排酸），13～18號為2歲小尾寒羊前腿肉（已排酸）寧夏回族自治區(qū)銀川市新百超市寧陽店。

萃取頭65μm PDMS/DVB，美國Supelco公司；JJ-2（2003-61）型氣相色譜-質譜聯(lián)用儀日本島津公司；HH.SY21-Ni6-C型高速組織搗碎機江蘇金壇市億通電子有限公司。

1.2實驗方法

1.2.1手抓羊肉生產工藝原料肉→分割（4cm×10cm）→浸泡→預煮（撇沫）→煮制→冷卻→切塊→成品。

1.2.2手抓羊肉揮發(fā)性風味物質的提取

1.2.2.1樣品預處理將按照最佳工藝：浸泡時間17min，煮制時間70min，食鹽添加量為3.50%，香辛料添加量為0.20%制備的手抓羊肉樣品放入高速組織搗碎機中制成糜狀待用。

1.2.2.2固相微萃取根據(jù)文獻［10］，修改如下：加3g樣品到20mL頂空瓶中，再加0.6g氯化鈉，混勻，將其放入水浴鍋中60℃恒溫加熱30min，然后將已老化好的SPME針頭插人頂空瓶中萃取。30min后將萃取頭拔出，再插入到GC/MS進樣器中，解吸5min，收回纖維頭，拔出萃取頭。

1.2.3手抓羊肉揮發(fā)性風味物質的檢測

1.2.3.1色譜條件根據(jù)文獻［10］，修改如下：DB-5MS毛細管柱（30m×0.25mm×0.5μm；Agilent Technologies），載氣為He，恒定流速為3.7mL/min，不分流模式；進樣口溫度為250℃，F(xiàn)ID檢測器溫度為250℃，柱初溫為50℃，保持2min，以15℃/min升溫到100℃，然后再以5℃/min升溫到220℃，保持 10min，之后以10℃/min升溫到260℃，最后以5℃/min升溫到280℃。

1.2.3.2質譜條件色譜-質譜接口溫度250℃，譜庫NIST05a.L。質譜質量掃描范圍為20～450amu。

1.2.3.3KI值測定對于風味物質的分析和鑒定，一般采用GC-MS技術，并通過檢測NIST質譜庫，從而方便快速的得出結果。但由于揮發(fā)性組分的復雜性，以及色譜條件的差異對實驗結果的影響，經(jīng)常導致檢索結果的不準確，或者出現(xiàn)一個組分得出多個結果的情況。從而導致定性困難，甚至有時會出現(xiàn)錯誤。因此，本實驗采用KI保留指數(shù)作為輔助手段，縮小檢索范圍，對質譜結果進行進一步認證［11］。

1.3峰的相對保留時間與相對峰面積計算公式

相對保留時間計算公式：a=ti/tr（其中ti為待測峰保留時間，tr為參考峰保留時間）

相對峰面積計算公式：S=Si/Sr（其中Si為待測峰峰面積，Sr為參考峰峰面積）

1.4數(shù)據(jù)分析

選擇3組不同年齡的小尾寒羊，每組包括6個年齡相同、批次不同的樣品，共計18個樣品，采用SPMEGC-MS分別對18個小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉樣品的揮發(fā)性風味物質進行分析，并將各色譜峰的峰面積與樣品號建立矩陣，用分析軟件SPSS 13.0對樣品進行系統(tǒng)聚類分析，它是聚類分析中最為常用的一種無監(jiān)督模式識別方法［12］，其原理是起始時n個樣本自為一體，然后按照樣本間相似性進行合并，最終所有樣品歸為一類［13］。

圖1　6月齡小尾寒羊手抓羊肉揮發(fā)性成分總離子流圖Fig.1　Total ion count chromatogram of volatile compounds of 6-month-old sheep production

圖2　1歲小尾寒羊手抓羊肉揮發(fā)性成分總離子流圖Fig.2　Total ion count chromatogram of volatile compounds of 1-year-old sheep production

2　結果與分析

2.1特征指紋圖譜的建立

2.1.1特征值提取采用SPME與GC-MS聯(lián)用，分析三組樣品中的揮發(fā)性風味物質，檢索出部分匹配率較高的物質，得到總離子流圖1～圖3。其中圖1為6月齡小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉揮發(fā)性風味成分總離子流圖，圖2與圖3分別為1歲、2歲小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉揮發(fā)性風味成分總離子流圖。由圖可知，相同年齡的小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉在風味物質與相對含量上，相差不多；不同年齡的小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉在風味物質種類上變化較小，而相對含量則變化明顯。因此，根據(jù)揮發(fā)性風味物質相對含量的變化，可以構建不同年齡小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉風味特征指紋圖譜。由總離子流圖可得，色譜峰較多且分布比較集中。從圖1～圖3中選取峰面積占總峰面積大于1%的峰作為共有峰，分別得到了18、20和21個共有峰。在總離子流圖中選擇一個特定的色譜峰，其保留時間在21.36min左右，位于色譜圖較中心的位置、峰面積較大且分離度較好，并為所有樣品所共有，作為參考峰。經(jīng)GC-MS分析可得，該峰所代表的化合物為己醛。以共有峰與參考峰的相對保留時間、相對峰面積作為手抓羊肉指紋圖譜的特征值。

2.1.2特征指紋圖譜把特征峰相對保留時間t、相對峰面積S的平均值建立手抓羊肉3個不同年齡小尾寒羊的特征指紋圖譜，見表1。

由表1可知，3個不同年齡小尾寒羊的特征指紋圖譜的共有峰為8個；1歲小尾寒羊和2歲小尾寒羊的共有峰較多，為15個；而6月齡小尾寒羊與1歲小尾寒羊、2歲小尾寒羊的共有峰較少，分別為10、11個。

參考已報道的相關文獻，去除了對于手抓羊肉風味貢獻較低的化合物（如烴類物質，它們具有較高的風味閾值，對于產品風味幾乎沒有貢獻），共挑選出27種手抓羊肉揮發(fā)性成分的風味物質，來建立寧夏清真手抓羊肉特征風味指紋圖譜。本實驗選用1，2-二氯苯作為內標添加參考物，根據(jù)被測化合物和內標物相應的色譜峰面積之比，來計算各物質的相對含量；通過GC-MS對上述提取的風味物質進行測定，并結合Kovats（KI）值和相關文獻，確定其主體香氣成分。所確定的27個共有峰為手抓羊肉特征風味的判別及其質量評價提供重要依據(jù)，可成為羊肉品質認證的有效手段與方法。

圖3　2歲小尾寒羊手抓羊肉揮發(fā)性成分總離子流圖Fig.3　Total ion count chromatogram of volatile compounds of 2-year-old sheep production

表1　手抓羊肉特征指紋圖譜數(shù)據(jù)Table 1　The fingerprints data of hand-grabbed lamb

由表1可知，在以上選定的27種香氣活性物質中，包括10種醛、4種醇、2種呋喃、3種酮、3種羧酸、1種吡嗪和4種酯類，其中有4種物質已經(jīng)被確認為對羊肉風味起決定性作用的特征風味物質［14］，如2-十一烯醛具有煮肉味和脂肪香、4-乙基辛酸具有干酪味和煮羊肉味道、4-甲基壬酸具有羊脂味和烤羊肉香味。

2.2方法學考察

2.2.1精確性實驗選取1號樣品制成的手抓羊肉按1.2.2操作，按1.2.3的條件連續(xù)進樣5次。結果表明，特征峰的相對保留時間RSD均小于4%，且特征峰的相對峰面積的RSD均小于5%。進一步表明了固相微萃取與氣相色譜-質譜法檢測具有較好的精確性，符合指紋圖譜的檢測要求。

2.2.2重復性實驗選取1～6號樣品制成的手抓羊肉按1.2.2操作，按1.2.3的條件分6次進樣。結果表明，特征峰的相對保留時間RSD均小于3.0%，且特征峰的相對峰面積RSD均小于5.0%。表明固相微萃取與氣相色譜-質譜法檢測具有較好的重復性，符合指紋圖譜的檢測要求。

2.2.3穩(wěn)定性實驗選取1號樣品制成的手抓羊肉按1.2.2操作，按1.2.3的條件分6次分別在0、2、4、8、12、24h進樣。結果表明，特征峰的相對保留時間RSD均小于3.0%，且特征峰的相對峰面積RSD均小于5.0%。表明固相微萃取與氣相色譜-質譜法檢測具有較好的穩(wěn)定性，符合指紋圖譜的檢測要求。

2.3相似度分析

程翼宇等指出，夾角余弦法對色譜峰比值的差異具有較強的檢測能力［15］。夾角余弦法［16］計算出的18個樣品同手抓羊肉3個不同年齡小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉揮發(fā)性風味成分特征指紋圖譜相似度，計算結果如表2所示。

由表2可得，各樣品與同年份小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉特征指紋圖譜相似度均在99%以上，而與不同年份小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉特征指紋圖譜相似度較低，其中6月齡小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉樣品與2歲小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉特征指紋圖譜相似度特征指紋圖譜相似度分別低于0.56，1歲小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉特征指紋圖譜與6月齡、2歲小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉樣品相似度稍高，介于0.79～0.82之間。由相似度可得，6月齡小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉與2歲小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉在風味物質方面區(qū)別較為明顯，1歲小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉風味品質介于6月齡與2歲之間。說明小尾寒羊肉中蛋白質、脂肪等隨著年齡的增長，逐步發(fā)生變化，其風味物質亦隨著年齡的變化發(fā)生有規(guī)律的變化。因此，選擇相似度為90%，作為樣品質量穩(wěn)定性的評判標準，與特征指紋圖譜標準符合。能較準確地反映樣品的香味質量情況。

表2　樣品與特征指紋圖譜相似度Table 2　The similarity between the sample and the fingerprints

2.4聚類分析

手抓羊肉特征香氣指紋圖譜的構建旨在為手抓羊肉樣品的識別和質量控制提供有效手段。因為羊年齡與批次上不同，會使其揮發(fā)性風味物質的組成與含量存在相應的差異，同樣如果手抓羊肉樣品本身存在質量上的問題，也會對特征香氣指紋圖譜的構建帶來影響。為構建較為穩(wěn)定的手抓羊肉特征香氣指紋圖譜，從而得到較為標準化的特征香氣指紋圖譜信息。

圖4　手抓羊肉聚類分析樹狀圖Fig.4　The cluster analysis tree of hand-grabbed lamb

采用最遠距離法系統(tǒng)聚類，得到聚類分析樹狀圖，獲得手抓羊肉特征揮發(fā)性風味物質的聚類譜系圖，其中縱坐標為樣品編號，橫坐標為距離。聚類分析結果由樹狀圖表示，見圖4。由圖4可知，18個樣品可以分為3類，不同年齡樣品各為一類，與實際情況相吻合，說明通過對特征峰的系統(tǒng)聚類分析，可以基本反映不同年齡小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉風味特征，從而有效的對其分類。

3　結論

基于指紋圖譜技術，采用GC-MS技術建立了不同年齡小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉風味指紋圖譜。樣品與相同年齡小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉特征指紋圖譜相似度較高，而與其他年齡小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉特征指紋圖譜相似度較低，不同年齡的樣品之間相似度均發(fā)生了較大變化，表明產品質量亦產生了較大波動，可以利用相似度來對手抓羊肉產品質量的穩(wěn)定性進行判斷。

對18個樣品進行系統(tǒng)聚類分析，不同年齡的樣品能很好的分類。說明，采用指紋圖譜技術對不同年齡小尾寒羊前腿肉制作的手抓羊肉進行品質評定、原料判斷是可行的。

因此，利用氣相色譜-質譜指紋圖譜技術對于手抓羊肉風味具有較強的綜合評價能力。當然，目前還缺少一個綜合的評價指標，今后的研究重點在于盡可能將圖譜的所有特征信息有機地統(tǒng)一起來，實現(xiàn)對指紋圖譜更準確的判斷，從而為評定食品風味品質方法提供新的思路，改變傳統(tǒng)的依靠感官評價的單一方法。為手抓羊肉行業(yè)現(xiàn)代化的生產加工與監(jiān)管部門對市場上手抓羊肉產品品質監(jiān)管提供了一種新的方法。

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Establishment of halal hand-grabbed lamb of ningxia characteristic flavor fingerprint

ZHANG Tong-gang，QU Yun-qing，LIU Yu-yang，WANG Xu，LIU Dun-hua*
（1.College of Agriculture，Ningxia University，Yinchuan 750021，China）

A novel approach was established for assessing quality of hand-grabbed lamb and determining the raw materials by using gas chromatography-mass spectrometry techniques to establish flavor characteristic fingerprint of hand-grabbed lamb.Different sheep of different ages production were selected as the research object，and the chromatogram peaks were selected from the chromatogram to build different sheep of different ages production flavor characteristic fingerprint；the similarity of samples and fingerprints was calculated by the cosine method，and analyzed the clustering.The results showed that the gas chromatographic fingerprint of hand-grabbed lamb aroma samples had fine stability，high similarity，greater characteristic and uniqueness.It could generally and exactly reflect the quality of hand-grabbed lamb aroma and become one effective method which could be used to evaluate the quality of them to some extent.

hand-grabbed lamb；gas chromatography-mass spectrometry（GC-MS）；fingerprint；clustering analysis

TS251.6

A

1002-0306（2015）10-0078-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.10.007

2014－07－07

張同剛（1987-），男，碩士研究生，研究方向：食品質量與安全。

劉敦華（1964-），男，博士，教授，研究方向：食品科學及食品質量與安全。